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三十而立年,核酸適配體迎來“春天”?

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放大字體  縮小字體    發(fā)布日期:2019-06-11  來源:儀器信息網(wǎng)  作者:Mr liao  瀏覽次數(shù):1082

核酸適配體(Aptamer)或核酸適體是一類具有特異性識別功能的單鏈DNA或者RNA核酸分子,利用指數(shù)富集的配體進(jìn)化技術(shù)(SELEX)從特定的寡核苷酸庫中篩選出來,能與靶分子特異性結(jié)合。

 

微信截圖_20190606160018.png

核酸適配體和蛋白肽鏈結(jié)合的示意圖

圖片來源:http://aptamer.icmb.utexas.edu/images/aptamer-rre_rev.jpg

從1990年第一篇核酸適配體的文章發(fā)表,距今已經(jīng)近30年的時(shí)間。最早是由Craig Tuerk 和Larry Gold在Science發(fā)表了相關(guān)研究成果,預(yù)測T4DNA polymerase可作為蛋白質(zhì)配體,并首次提到SELEX;同一年,Ellington,A.D.和Szostak,J.E.affinity命名aptamer,確認(rèn)RNA有完整的配體結(jié)合位點(diǎn),預(yù)測保守序列區(qū)的結(jié)合和催化功能;1992年Bock LC、John Toole JJ首次篩選凝血酶ssDNA,ssDNA不存在生理作用,但卻具有抑制凝血酶催化纖維蛋白凝結(jié)的功能。至今,已經(jīng)有2000多種靶標(biāo)被報(bào)道。

 

SELEX.png

類似“達(dá)爾文進(jìn)化理論”的SELEX

適配體和抗體

人們常將核酸適配體和抗體進(jìn)行比較,是因?yàn)閮烧呔哂泻芏嘞嗨浦?。兩者都具有親和性和特異性,都可與靶向目標(biāo)特異性結(jié)合,并因此特性應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。

隨著篩選技術(shù)研究的發(fā)展,越來越多的把分子獲得高親和力的、高特異性的適配體,具有廣泛的應(yīng)用前景,特別是分子識別檢查的領(lǐng)域。與成熟的抗體實(shí)驗(yàn)相比,目前適配體可以補(bǔ)充抗體性能的不足,但是不能完全取代抗體。

為什么核酸適配體備受研究人員關(guān)注?

核酸適配體之所以受到廣大研究人員的關(guān)注,是因?yàn)槠洹翱梢宰隹贵w不能做的事”。核酸適配體的作用本質(zhì)是核酸分子折疊形成特定三維結(jié)構(gòu)而與生物靶標(biāo)高親和力、高特異性結(jié)合,具有與單克隆抗體相似的親和力與特異性,同時(shí)又具有抗體無法媲美優(yōu)點(diǎn)。

核酸適配體的優(yōu)點(diǎn)

核酸適配體的優(yōu)點(diǎn)包括:

親和力高,特異性強(qiáng);

易于制備,可通過化學(xué)合成制備、改造與標(biāo)記,可在體外篩選,可高通量獲得;免疫原性和毒性低;

目標(biāo)靶范圍廣,包括離子、小分子、多肽、蛋白質(zhì)、細(xì)胞、組織切片等;

化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,不易受pH、溫度等環(huán)境因素影響而變性;

容易修飾,可操作性強(qiáng)。

以上這些優(yōu)點(diǎn)使其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景,因此在基礎(chǔ)研究及應(yīng)用研究領(lǐng)域均呈現(xiàn)了快速發(fā)展的趨勢。

核酸適配體的廣泛應(yīng)用前景

核酸適配體在分析化學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)、藥物研發(fā)及基因調(diào)控等領(lǐng)域已經(jīng)成為重要的研究工具。

(1)發(fā)現(xiàn)新靶標(biāo)及生物標(biāo)記物

作為親和分子,用于復(fù)雜液相樣品中差異分子的鑒定和腫瘤細(xì)胞及完整微生物的差異分子鑒定;

(2) 作為已知靶標(biāo)的生物探針

可代替抗體進(jìn)行免疫組化、ELONA、便攜式生物傳感器、可視化檢測試劑及體內(nèi)成像等方面的應(yīng)用,在以上多個(gè)方面尤其是便攜式生物傳感器方面的研究已經(jīng)取得很大進(jìn)展;

(3)適配體藥物

一是本身作為生物技術(shù)藥物及藥物解毒劑,具有脫靶效應(yīng)優(yōu)勢;二是作為靶向藥物的導(dǎo)向分子(Aptamer-guided drug,AGD),用于精準(zhǔn)醫(yī)療領(lǐng)域。2005年FDA已批準(zhǔn)上市了第一個(gè)核酸適配體藥物,商品名為Macugen;

(4)蛋白質(zhì)組學(xué)

 在蛋白組學(xué)的研究中,用核酸適配體制備成的核酸配基陣列具有抗體芯片和2-D膠不可比擬的優(yōu)勢,成為備受青睞的一項(xiàng)工具。

核酸適配體面臨的問題與挑戰(zhàn)

核酸適配體發(fā)展將近30年的時(shí)間,但仍有很多問題,阻礙了其實(shí)際應(yīng)用的腳步。

例如體內(nèi)表現(xiàn)很差,在血液中易被降解;核酸分子結(jié)構(gòu)太小,腎清除速度快,作為藥物時(shí)藥物動力學(xué)性能差;核酸適配體作為核酸分子探針,化學(xué)作用力非常有限,增加了不易被結(jié)合的靶標(biāo)分子的時(shí)候篩選難度,且靈敏度不夠高;利用適配體發(fā)現(xiàn)靶標(biāo)時(shí),缺乏高通量篩選及鑒定的方法;作免疫組化應(yīng)用時(shí),可用的特異性適配體還較少,臨床應(yīng)用不受認(rèn)可,亟待推廣等等問題。

有研究人員笑稱,研究這么久,卻沒有成熟的產(chǎn)品,很怕會失業(yè)。當(dāng)然,即便道路長且阻,研究人員也從未放棄,始終積極尋求突破。

“春天”不遠(yuǎn),未來可期

2019年5月25日,在譚蔚泓院士的支持下,北京核酸適配體交叉技術(shù)學(xué)會成立,這是核酸適配體研究領(lǐng)域的第一個(gè)學(xué)術(shù)組織,聚集了北京各大高校、科研院所的研究人員,共同致力于核酸適配體的發(fā)展。

有人說,核酸適配體的“春天”就要到來。過去十年,越來越多的科學(xué)家積極投身到核酸適配體的研究中來,使得該領(lǐng)域得到了迅猛發(fā)展。希望通過科學(xué)工作者們辛勤的付出,核酸適配體能夠早日實(shí)現(xiàn)從基礎(chǔ)研究到實(shí)際應(yīng)用的跨越,真正迎來“春天”。

 
 
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